Cum s-a format inima ta? Ce ți-a declanșat primele bătăi ale inimii? Până astăzi, mecanismele dezvoltării inimii umane rămân evazive.
Cercetătorii știu că inima este primul organ care funcționează pe deplin în embrionul uman în creștere. Începe ca un simplu tub care începe să pompeze sânge până în a patra săptămână de gestație. Până în a noua săptămână, inima este complet formată. Inima este esențială pentru dezvoltarea timpurie, deoarece oferă nutrienți esențiali întregului făt în curs de dezvoltare.
Dar, datorită formării sale timpurii, inima este expusă pentru o perioadă lungă de timp la substanțe cu care o persoană însărcinată ar putea intra în contact, cum ar fi medicamentele sau poluanti. Acesta poate fi un motiv principal pentru care boala cardiacă congenitală este cel mai frecvent tip de defect congenital la oameni, care apare în peste 1 din 100 de nașteri în întreaga lume.
În mod tradițional, oamenii de știință au folosit modele animale și celulare pentru a studia dezvoltarea inimii și bolile. Cu toate acestea, cercetătorii nu au reușit să producă un remediu pentru bolile cardiace congenitale, în parte, deoarece aceste modele nu sunt în măsură să surprindă complexitatea inimii umane. Din cauza limitărilor etice, utilizarea embrionilor umani pentru aceste studii este exclusă.
Pentru a ajuta cercetătorii să studieze dezvoltarea inimii și complicațiile în timpul sarcinii, echipa noastră de ingineri biomedici și cercetători cardiovasculari am petrecut ultimii ani încercând să creeze următorul lucru cel mai bun: mini inimi umane în laborator.
Organoizi inimii umane
Organoizii sunt structuri celulare 3D complexe care reproduc aspecte semnificative ale structurii și funcției unui anumit organ din corpul dumneavoastră. În timp ce organoizii nu sunt complet sintetice, organe funcționale (încă), ei au încă o putere imensă de a imita aspectele cheie ale fiziologiei și bolii în laborator.
Ne-am creat organoizii inimii folosind un tip de celulă numită a celula stem pluripotente. Deși utilizarea acestor celule în cercetare era controversată, deoarece au fost derivate inițial din embrioni umani, acest lucru nu mai este o preocupare, deoarece pot fi produse de la orice adult. Celulele stem pluripotente au potențialul de a deveni orice tip de celulă din organism. Acest lucru înseamnă că celulele din aproape orice parte a corpului tău – de obicei celulele sângelui sau ale pielii – pot fi transformate în propriile celule stem pentru a-ți crește propria mini inimă.
Prin manipularea capacității celulelor stem pluripotente de a deveni orice tip de celulă din organism, noi a ghidat aceste celule să devină celule ale inimii. Celulele s-au putut auto-asambla, reproducând principalele etape ale dezvoltării inimii umane în timpul sarcinii. Organoizii inimii noastre au vase de sânge și toate tipurile de celule găsite în inima umană, cum ar fi cardiomiocitele și celulele stimulatoare cardiace, care le oferă un avantaj față de modelele celulare 2D. În plus, electrofiziologia și bioenergetica acestor organoizi inimii sunt foarte asemănătoare cu inimile embrionare umane în moduri în care modelele animale nu sunt.
Organoizii inimii noastre bat ca inima unui bebeluș mic, toate deși mai mici decât un bob de orez.
Sarcina și inima fetală
Un domeniu pe care îl explorăm cu organoizii inimii este sănătatea cardiacă maternă și fetală. Factori materni precum Diabet, hipertensiune sau chiar depresie poate crește riscul de boli de inimă la nou-născuți. Studierea afecțiunilor care cresc riscul de boli cardiace congenitale poate preveni și reduce incidența bolilor cardiovasculare la nivel mondial.
Putem imita aceste medii materne și simula modul în care influențează dezvoltarea inimii fetale cu organoizi ale inimii. De exemplu, am folosit organoizi cardiaci pentru a arăta că diabetul, o afecțiune foarte frecventă, crește riscul de boli de inima la embrioni. În comparație cu organoizii cardiaci creați în condiții sănătoase, mini-inimile expuse afecțiunilor diabetice au dezvoltat anomalii ale inimii precum cele ale fetușilor umani și ale nou-născuților cu cardiomiopatie diabetică.
Studiul nostru a constatat că anomaliile de dezvoltare ale inimii legate de diabet sunt probabil cauzate de un dezechilibru al acizilor grași omega-3, blocurile de construcție ale membranelor celulare și moleculele de semnalizare. Cu toate acestea, suplimentarea alimentară cu acizi grași omega-3 ar putea restabili parțial acest dezechilibru și prevenirea malformațiilor cardiace congenitale induse de diabet.
Siguranța medicamentelor în timpul sarcinii
Medicamentele pe care le iau gravidele pot avea efecte semnificative asupra sănătății atât asupra părintelui, cât și asupra fătului. Medicamentele aprobate pentru utilizare în timpul sarcinii nu sunt întotdeauna sigure, deoarece sunt adecvate testarea este complicată. Preocupările etice limitează lucrul cu material biologic de la oameni, așa că cercetătorii sunt rămas cu modele animale care nu sunt capabili să reproducă suficient de aproape fiziologia umană.
Testarea medicamentelor pe organoizi inimii umane permite cercetătorilor să exploreze și să prezică mai bine efectele nocive potențiale în timpul sarcinii. Un exemplu este ondansetronul (Zofran), un medicament prescris în mod obișnuit pentru a preveni greața și vărsăturile în timpul sarcinii. Deși a fost legat de un risc crescut de boli cardiace congenitaledacă aceasta cauzează boala nu a fost confirmat.
Noi am arătat asta organoizi cardiaci expuși la ondansetron a avut o dezvoltare perturbată a celulelor ventriculare și o funcție afectată, similar cu ceea ce se observă la nou-născuții expuși la ondansetron. Descoperirile noastre oferă date care pot ajuta la actualizarea ghidurilor clinice privind utilizarea medicamentului.
Un alt exemplu se referă la utilizarea antidepresivelor în timpul sarcinii, care este asociată cu o risc crescut de malformații cardiace congenitale. Inhibitorii selectivi ai recaptării serotoninei sau ISRS, cele mai prescrise antidepresive la gravide, acţionează prin creșterea disponibilității serotoninei in corp. Serotonina este o moleculă importantă în dezvoltarea cardiacă. Serotonina maternă, împreună cu antidepresivele, trece cu ușurință la embrion și modifică nivelurile de serotonina din inima în curs de dezvoltare.
În viitor, intenționăm să expunem organoizii cardiaci la antidepresive și să studiem efectele acestora asupra incidenței malformațiilor cardiace congenitale. Rezultatele unor astfel de cercetări asupra organoizilor inimii umane pot informa, de asemenea, recomandări pentru înlocuirea sau reutilizarea medicamentelor.
Organoizii cardiaci au potențialul de a ajuta oamenii de știință să studieze mai precis cum se formează inima umană și cum dezvoltă boala. Pe tărâmul inovației medicale, credem că organoizii inimii umane cultivate din celule stem sunt promisiunea bată a unui viitor mai sănătos.
Acest articol editat este republicat din Conversatia sub o licență Creative Commons. Citeste Articol original.